Торсен: поколения, устройства и принцип на действие

В процеса на движение на автомобила се оказва съвсем различен ефект върху колелата му, започвайки от въртящия момент, който идва от двигателя през трансмисията, и завършвайки с разликата в оборотите, когато превозното средство преодолява рязък завой. В съвременните автомобили се използва диференциал за премахване на разликата в въртенето на колелата на една ос.

Няма да разглеждаме подробно какво е и какъв е принципът му на действие - има отделна статия... В този преглед ще разгледаме един от най-известните видове механизми - Torsen. Нека да обсъдим каква е неговата особеност, как работи, в кои автомобили е инсталиран, както и какви видове има. Този механизъм беше особено популярен благодарение на въвеждането му в джипове и модели автомобили на всички колела.

В много от своите модели автомобили със задвижване на четирите колела автомобилостроителите инсталират различни системи, които разпределят въртящия момент по осите на автомобила. Например за BMW това е xDrive (прочетете за това развитие тук), Mercedes -Benz - 4Matic (каква е неговата особеност, е описано отделно) и т.н. Често в устройството на такива системи се включва диференциал с автоматично заключване.

Какво е Torsen Differential

Диференциалът Torsen е една от модификациите на механизмите, които имат тип червячна предавка и висока степен на триене. Подобни устройства се използват в различни системи на превозното средство, при които силата на въртящия момент се разпределя от задвижващата ос към задвижваната ос. Устройството е монтирано на задвижващото колело, което предотвратява преждевременното износване на гумите, когато автомобилът се движи по криволичещ път.

Също така, подобни механизми са инсталирани между две оси, за да поемат мощността от силовия агрегат към вторичната ос, което го прави водещ. В много съвременни модели високопроходими превозни средства централният диференциал е заменен от многофланцов фрикционен съединител (неговата структура, модификации и принцип на работа са разгледани в друга статия).

Името Thorsen буквално се превежда от английски като „чувствителен към въртящия момент“. Този тип устройства могат да се самозаключват. Поради това самозаключващият се елемент не се нуждае от допълнителни устройства, които изравняват функционирането на разглеждания механизъм. Този процес ще се случи, когато задвижващите и задвижваните валове имат различни обороти в минута или въртящ момент.

Дизайнът на самозаключващите се механизми предполага наличието на червячни зъбни колела (задвижвани и водещи). В кръговете на автомобилистите можете да чуете името сателит или полуоска. Всичко това са синоними на червячните предавки, използвани в този механизъм. Червячната предавка има една характеристика - не е необходимо да предава въртеливи движения от съседни зъбни колела. Напротив, тази част може самостоятелно да усуква съседните зъбни елементи. Това осигурява частично блокиране на диференциала.

Длъжност

И така, целта на диференциала Torsen е да осигури ефективно отклонение и разпределение на въртящия момент между двата механизма. Ако устройството се използва в задвижващи колела, тогава е необходимо, така че когато едното колело се плъзне, второто не губи въртящ момент, но продължава да работи, осигурявайки сцепление с пътната настилка. Централният диференциал има подобна задача - когато колелата на главния мост се плъзгат, той е в състояние да блокира и прехвърли част от мощността към вторичния мост.

В някои съвременни автомобили производителите на автомобили могат да използват диференциална модификация, която независимо заключва окачено колело. Благодарение на това, максималната мощност не се доставя на задната ос, а на тази с добро сцепление. Този компонент на трансмисията е идеален, ако машината често преодолява офроуд условия.

Местоположението му зависи от това каква трансмисия има колата:

• Автомобил с предно предаване. В този случай диференциалът ще бъде в корпуса на скоростната кутия;
• Автомобил със задно задвижване. При това разположение диференциалът ще бъде монтиран в корпуса на оста на задвижващата ос;
• Превозни средства с четири колела. В този случай диференциалът (ако централният съединител с много плочи не се използва като негов аналог) ще бъде монтиран в корпуса на оста на предния и задния мост. Той предава въртящ момент на всички колела. Ако устройството е инсталирано в трансферна кутия, то то ще осигури отбиване на мощността от задвижващите оси (за повече подробности относно това, какво представлява трансферната кутия, прочетете в друго ревю).

История на творението

Преди да се появи това устройство, водачите на самоходни моторни превозни средства наблюдават намаляване на управляемостта на екипажа, когато той преодолява завой на скорост. В този момент всички колела, които са здраво свързани помежду си чрез обща ос, имат еднаква ъглова скорост. Поради този ефект едно от колелата губи контакт с пътната настилка (двигателят го кара да се върти със същата скорост и пътната настилка го предотвратява), което ускорява износването на гумите.

За да разрешат този проблем, инженерите, разработващи следващите модификации на автомобили, обърнаха внимание на устройството, създадено от френския изобретател О. Пекер. Той имаше валове и зъбни колела в своя дизайн. Работата на механизма беше да гарантира, че въртящият момент се предава от парната машина към задвижващите колела.

Въпреки че в много случаи транспортът става по-стабилен при завиване, но с помощта на това устройство беше невъзможно напълно да се елиминира приплъзването на колелата при различни ъглови скорости. Този недостатък се проявява особено, когато колата пада върху хлъзгава пътна настилка (лед или кал).

Тъй като превозните средства все още остават нестабилни, когато завиват по лошо павирани пътища, това често води до пътни инциденти. Това се промени, когато дизайнерът Фердинанд Порше създаде гърбичен механизъм, който предотвратява подхлъзването на задвижващите колела. Този механичен елемент е попаднал в трансмисиите на много модели Volkswagen.

Диференциалът със самозаключващо се устройство е разработен от американския инженер В. Глизман. Механизмът е създаден през 1958г. Изобретението е патентовано от Torsen и все още носи това име. Въпреки че самото устройство първоначално беше доста ефективно, с течение на времето се появиха няколко модификации или поколения на този механизъм. Каква е разликата между тях, ще разгледаме малко по-късно. Сега ще се спрем на принципа на действие на диференциала на Торсен.

Принцип на действие

Най-често механизмът на Торсен се намира в онези модели автомобили, при които извеждането на мощност може да се извършва не само на отделна ос, но дори и на отделно колело. Често самозаключващ се диференциал е инсталиран и на моделите автомобили с предно предаване.

Механизмът работи съгласно следния принцип. Трансмисията предава въртене на определено колело или ос чрез диференциал. В ранните модели автомобили механизмът успява да промени количеството въртящ момент в съотношение 50/50 процента (1/1). Съвременните модификации могат да преразпределят въртящата сила до съотношение 7/1. Това позволява на водача да контролира превозното средство, дори ако само едно колело има добро сцепление.

Когато скоростта на буксуващото колело рязко скочи, червячната предавка на механизма се блокира. В резултат на това силите са насочени до известна степен върху по-стабилното колело. Плъзгащото колело при най-новите модели автомобили почти губи въртящ момент, което предотвратява приплъзването на автомобила или ако автомобилът е заседнал в кал / сняг.

Самоблокиращият се диференциал може да се монтира не само на чужди автомобили. Често този механизъм може да се намери в моделите автомобили със задно или предно предаване. В тази версия автомобилът, разбира се, не се превръща в превозно средство за всички терени, но ако в него се използват леко увеличени колела и просветът е висок (за повече подробности за този параметър вж. в друго ревю), а след това в комбинация с диференциала Torsen, трансмисията ще позволи на превозното средство да се справи с умерени офроуд условия.

1) Едни и същи условия за всяка ос: въртящият момент се подава в равни пропорции към двата вала на оста, колелата се въртят със същата скорост;
2) Предната ос е на лед: съотношението на въртящия момент отпред / отзад може да достигне 1 / 3.5; предните колела се въртят с по-висока скорост;
3) Автомобилът влиза в ъгъла: разпределението на въртящия момент може да достигне 3.5 / 1 (предни / задни колела), предните колела се въртят по-бързо;
4) Задните колела са на лед: съотношението на въртящия момент може да достигне 3.5 / 1 (преден / заден мост), задните колела се въртят по-бързо.

Помислете за работата на диференциала на напречната ос. Целият процес може да бъде разделен на няколко етапа:

1. Редукторът предава въртящ момент на задвижваната предавка през главния задвижващ вал;
2. Задвижваната предавка поема въртенето. Върху него е фиксиран така нареченият носител или чаша. Тези части се въртят с задвижваната предавка;
3. Тъй като чашата и зъбното колело се въртят, въртенето се предава на спътниците;
4. Осните валове на всяко от колелата са фиксирани към сателитите. Заедно с тези елементи се завърта и съответното колело;
5. Когато въртящата сила е приложена еднакво към диференциала, сателитите няма да се въртят. В този случай се върти само задвижваната предавка. Сателитите остават неподвижни в чашата. Благодарение на това силата от редуктора се разпределя наполовина на всеки вал на оста;
6. Когато автомобилът навлезе в завой, колелото от външната страна на полукръга прави повече обороти от това от вътрешната страна на полукръга. Поради тази причина при превозните средства с твърдо свързани колела на една ос има загуба на контакт с пътната настилка, тъй като от всяка страна се създава съпротивление с различна величина. Този ефект се елиминира от движението на спътниците. В допълнение към факта, че те се въртят с чашката, тези компоненти започват да се въртят около оста си. Особеността на устройството на тези елементи е, че зъбите им са направени под формата на конуси. Когато сателитите се въртят около оста си, скоростта на въртене на едното колело се увеличава, а другото намалява. В зависимост от разликата в стойността на съпротивлението на колелата, преразпределението на въртящия момент при някои автомобили може да достигне съотношение 100/0 процента (т.е. въртящата сила се предава само на едно колело, а второто просто се върти свободно) ;
7. Конвенционалният диференциал е проектиран да побере разликата в скоростта на въртене между двете колела. Но тази функция е и недостатък на механизма. Например, когато колата попадне в кал, водачът се опитва да излезе от трудния участък от пътя, като увеличи скоростта на колелата. Но поради работата на диференциала въртящият момент следва пътя на най-малкото съпротивление. Поради тази причина колелото остава неподвижно на стабилен участък от пътя, а окаченото колело се върти с максимална скорост. За да премахнете този ефект, просто се нуждаете от заключване на диференциала (този процес е описан подробно в друго ревю). Без заключващ механизъм автомобилът често спира, когато поне едно колело започне да се плъзга.

Нека разгледаме по-подробно как диференциалът Torsen работи в три различни режима на шофиране.

С право движение

Както вече отбелязахме по-горе, когато автомобилът се движи по прав участък от пътя, половината от въртящия момент се получава на всеки вал на задвижващата ос. По тази причина задвижващите колела се въртят със същата скорост. В този режим механизмът наподобява твърдо съединение на две задвижващи колела.

Сателитите са в покой - те просто се въртят с чашката на механизма. Независимо от вида на диференциала (блокиращ или свободен), при такива условия на движение механизмът ще се държи еднакво, тъй като и двете колела са на една и съща повърхност и са изправени пред еднакво съпротивление.

При завиване

Колелото на вътрешния полукръг прави по-малко движения по време на завоя от това от външната страна на завоя. В този случай се проявява работата на диференциала. Това е стандартният режим, при който се задействат механизми за компенсиране на разликата в оборотите на задвижващите колела.

Когато колата се озове в такива условия (и това се случва често, тъй като този вид транспорт не се движи по предварително положена писта, подобно на влак), сателитите започват да се въртят около собствената си ос. В този случай връзката с корпуса на механизма и зъбните колела на оста на вала не се губи.

Тъй като колелата не губят сцепление (триенето между гумите и пътя се получава еднакво), въртящият момент продължава да тече към устройството в същата пропорция от 50 до 50 процента. Този дизайн е специален с това, че при различни скорости на въртене на колелата, колелото, което се върти по-бързо, изисква повече мощност в сравнение с второто, което работи при по-ниски скорости.

Благодарение на това изравняване на работата на устройството, елиминира се съпротивлението, което се прилага към въртящото се колело. При модели с твърдо съединение на задвижващите оси този ефект не може да бъде елиминиран.

При подхлъзване

Качеството на свободния диференциал намалява, когато едно от колелата на автомобила започне да се плъзга. Това се случва например, когато дадено превозно средство се удари в кален черен път или частично заледен участък от пътя. Тъй като пътят престава да се противопоставя на въртенето на полуоста, мощността се отнема към свободното колело. Естествено, сцеплението в такава ситуация също изчезва (едно колело, което е на стабилна повърхност, остава неподвижно).

Ако в машината са инсталирани свободни симетрични диференциали, тогава нютоните / метри в този случай се разпределят само в равни пропорции. Следователно, ако сцеплението изчезне на едно колело (започва неговото свободно въртене), второто автоматично го губи. Колелата спират да се придържат към пътя и колата се забавя. В случай на спиране на лед или кал, превозното средство няма да може да се движи от мястото си, тъй като колелата при потегляне незабавно се счупват (в зависимост от състоянието на пътя).

Именно това е ключовият недостатък на свободните диференциали. Когато сцеплението се загуби, цялата мощност на двигателя с вътрешно горене отива към окаченото колело и то просто се върти безполезно. Механизмът на Торсен елиминира този ефект чрез блокиране, когато сцеплението се загуби на колело със стабилно сцепление.

Устройство и основни компоненти

Дизайнът на модификацията Torsen се състои от:

• Черупки или чаши... Този елемент получава нютони / метри от крайния задвижващ вал (задвижвана предавка, монтирана в чаша). В тялото има две полуоси, към които са свързани сателитите;
• Полуаксиални зъбни колела (известни също като слънчеви колела)... Всеки от тях е проектиран за полуоската на колелото си и предава въртене през шлицовете върху тях и осите / полуосите;
• Десен и ляв сателит... От една страна, те са свързани към полуосните зъбни колела, а от друга, към корпуса на механизма. Производителят реши да постави 4 сателита в диференциалите на Торсен;
• Изходни валове.

Самозаключващите се диференциали на Thorsen са най-модерният тип механизъм, който осигурява преразпределение на въртящия момент между валовете на оста, но в същото време предотвратява безполезното въртене на окаченото колело. Такива модификации се използват в задвижването на четирите колела Quattro от Audi, както и в моделите на известни производители на автомобили.

Видове самозаключващ се диференциал Торсен

Дизайнерите, разработващи модификации на диференциалите на Торсен, са създали три типа тези механизми. Те се различават един от друг по своя дизайн и са предназначени за използване в специфични системи на превозното средство.

Всички модели устройства са маркирани с T. В зависимост от типа диференциалът ще има свое оформление и форма на изпълнителните части. Това от своя страна влияе върху ефективността на механизма. Ако са поставени в грешен монтаж, частите бързо ще се провалят. Поради тази причина всеки блок или система разчита на собствен диференциал.

За това е предназначен всеки тип диференциал Torsen:

• Т1... Използва се като диференциал с напречна ос, но може да бъде инсталиран за преразпределяне на момента между осите. Има малка степен на блокиране и се настройва по-късно от следващата модификация;
• Т2... Инсталиран между задвижващите колела, както и в трансферната кутия, ако автомобилът е оборудван с задвижване на четирите колела. В сравнение с предишната версия, блокирането на механизма настъпва малко по-рано. Този тип устройства се използват по-често на граждански модели автомобили. В тази категория има и модификация T2R. Частите на този механизъм могат да издържат на много по-голям въртящ момент. Поради тази причина той се инсталира само на мощни автомобили.
• Т3... В сравнение с предишните версии, този тип устройства са по-малки. Конструктивната функция ви позволява да промените съотношението на мощност между възлите. Поради тази причина този продукт е инсталиран само в раздавателна кутия между осите. При задвижване на всички колела, оборудвано с диференциал Torsen, разпределението на въртящия момент по осите ще варира в зависимост от пътните условия.

Всеки тип механизъм се нарича още поколение. Помислете за дизайнерските характеристики на всеки от тях.

Поколения диференциал на Торсен

Принципът на работа и устройството от първо поколение (T1) беше обсъден по-рано. В конструкцията червячните зъбни колела са представени от сателити и зъбни колела, свързани към валовете на задвижващата ос. Сателитите се свързват с зъбните колела с помощта на спирални зъби и оста им е перпендикулярна на всеки вал на оста. Сателитите се захващат един с друг с прави зъби.

Този механизъм позволява на задвижващите колела да се въртят със собствена скорост, което елиминира съпротивлението при завиване. В момента, когато едно от колелата започне да се плъзга, червячната двойка се вклинява и механизмът се опитва да прехвърли повече въртящ момент на другото колело. Тази модификация е най-мощната и затова често се използва в специални превозни средства. Той е в състояние да предава висока скорост на въртящ момент и има висока степен на сила на триене.

Второто поколение диференциали на Торсен (T2) се различава от предишната модификация по подреждането на спътниците. Тяхната ос е разположена не перпендикулярно, а по полуосите. В корпуса на механизма са направени специални прорези (джобове). Имат инсталирани сателити. Когато механизмът е отключен, се задействат сдвоени сателити, които имат наклонени зъби. Тази модификация се характеризира с по-ниска сила на триене и блокирането на механизма настъпва по-рано. Както споменахме по-рано, това поколение има по-мощна версия, която се използва за превозни средства с двигател с висока производителност.

Структурно тази модификация се различава от стандартния аналог по типа ангажимент. Конструкцията на механизма има шлицова муфа, от външната страна на която има винтови зъби. Този съединител задейства слънчевата предавка. В зависимост от пътните условия този дизайн има променлив индекс на силата на триене между зацепващите компоненти.

Що се отнася до третото поколение (T3), този механизъм има планетарна структура. Задвижващата предавка е инсталирана успоредно на сателитите (те имат спирални зъби). Зъбните колела на полуосите имат косо разположение на зъбите.

В своите модели всеки производител използва тези поколения механизми по свой собствен начин. На първо място, зависи от това какви характеристики трябва да притежава автомобилът, например дали се нуждае от задвижване на всички колела или разпределение на въртящия момент поотделно за всяко колело. Поради тази причина, преди да закупите превозно средство, е необходимо да изясните каква модификация на диференциала използва автомобилният производител в този случай, както и как може да се управлява.

Заключване на диференциала Торсен

Обикновено самозаключващият се механизъм работи като стандартен диференциал - той елиминира разликата в оборотите в минута на задвижваните колела. Устройството е блокирано само в извънредни ситуации. Пример за такива обстоятелства е подхлъзване на един от тях върху нестабилна повърхност (лед или кал). Същото се отнася и за блокирането на механизма на взаимооси. Тази функция позволява на водача да се измъкне от трудни пътни участъци без помощ.

Когато възникне запушване, излишният въртящ момент (окаченото колело се върти безполезно) се преразпределя към колелото, което има най-добро сцепление (този параметър се определя от устойчивостта на въртене на това колело). Същият процес се случва и при междуосното блокиране. Окачената ос получава по-малко нютони / метра и тази с най-добро сцепление започва да работи.

На какви автомобили е диференциалът на Торсен

Разглежданата модификация на самозаключващи се механизми се използва активно от световноизвестните производители на автомобили. Този списък включва:

• Honda
• Toyota
• Subaru
• Ауди;
• Алфа Ромео;
• General Motors (в почти всички модели на Hummer).

И това не е целият списък. Най-често автомобилът на всички колела е оборудван със самозаключващ се диференциал. Необходимо е да се консултирате с продавача за неговата наличност, тъй като трансмисията, която предава въртящ момент към двете оси, не винаги е оборудвана с този механизъм по подразбиране. Например вместо това устройство може да се монтира триене или вискозен съединител с много плочи.

Също така този механизъм е по-вероятно да бъде инсталиран на автомобил със спортни характеристики, дори ако е модел с предно или задно задвижване. Стандартният автомобил с предно предаване не е оборудван с блокировка на диференциала, тъй като такъв автомобил ще изисква някои спортни умения за шофиране.

Предимства и недостатъци

И така, диференциалът тип Thorsen е създаден, за да помогне на водача да преодолява трудни пътни участъци без чужда помощ. В допълнение към това предимство, устройството има още няколко предимства:

• Той винаги работи с максимална точност при спешни случаи;
• Осигурява безпроблемна работа на трансмисията на нестабилни пътни настилки;
• В процеса на работа той не издава чужд шум, поради което би страдал комфорт по време на пътуването (при условие, че механизмът е в изправност);
• Дизайнът на устройството напълно освобождава водача от необходимостта да контролира процеса на преразпределение на въртящия момент между осите или отделните колела. Дори ако в бордовата система на превозното средство има няколко режима на работа на трансмисията, самото блокиране настъпва автоматично;
• Процесът на преразпределение на въртящия момент не влияе върху ефективността на спирачната система;
• Ако водачът управлява превозното средство в съответствие с препоръките на производителя, диференциалният механизъм не изисква специална поддръжка. Изключение е необходимостта да се следи нивото на смазочния материал в картера на трансмисията, както и необходимостта от смяна на маслото (интервалът за смяна е посочен от производителя на превозното средство);
• Когато е монтиран на превозно средство с предно задвижване, механизмът улеснява стартирането на превозното средство (основното е да се избегне повреда на задвижващите колела), а също така прави реакцията на действията на водача на свой ред по-ясна.

Въпреки факта, че този механизъм има много положителни аспекти, той не е без недостатъците си. Между тях:

• Високата цена на устройството. Причината за това е сложността на производството и сглобяването на конструкцията;
• Поради факта, че в трансмисията се появява допълнителен възел, при който се образува малко съпротивление (триене между зъбните колела), машина, оборудвана с подобен механизъм, ще изисква повече гориво. При определени условия колата ще бъде по-ненаситна от колегата си, която има само една задвижваща ос;
• Ниска ефективност;
• Има голяма вероятност за клин на части, тъй като в устройството му има голям брой зъбни компоненти (това често се случва поради лошо качество на продукта или поради ненавременна поддръжка);
• По време на работа механизмът се загрява много, поради което за трансмисията се използва специален смазочен материал, който не се влошава при условия на висока температура;
• Натоварените компоненти са подложени на силно износване (зависи от честотата на задействане на ключалката и стила на шофиране, използван от водача в процеса на преодоляване на офроуд);
• Управлението на автомобила на едно от колелата, което е различно от останалите, е нежелателно, тъй като тази разлика натоварва механизма, което води до ускорено износване на някои от неговите части.

Модернизацията на автомобил с предно предаване заслужава специално внимание (свободният диференциал се заменя със самоблокиране). Въпреки факта, че колата става по-пъргава при завиване, в момента на интензивно ускорение колата е чувствителна към пътната настилка. В този момент колата става „изнервена“, издърпва се на хлабава повърхност и водачът се нуждае от повече концентрация и по-активно управление. В сравнение с фабричното оборудване, тази модификация е по-малко удобна при дълги пътувания.

Що се отнася до извънредни ситуации, такава кола е по-малко послушна и не толкова предвидима като фабричната версия. Тези, които са се решили на такава модернизация, са научили от собствения си опит, че тези промени позволяват прилагането на умения за спортно шофиране. Но ако те не са там, тогава не трябва да подлагате автомобила на подобни подобрения. Ефектът им ще бъде полезен само в спортен режим или по кални селски пътища.

В допълнение, шофьорът, в допълнение към инсталирането на самозаключващ се механизъм, трябва правилно да регулира други параметри на автомобила, за да усети остротата на шофиране. В останалото автомобилът ще се държи като SUV, което не е необходимо в условията, в които този транспорт се използва по-често.

В края на ревюто предлагаме допълнително видео за работата на самозаключващия се диференциал на Thorsen и историята на неговото създаване:

Цялата истина за TORSEN диференциали !! А също и ИСТОРИЯТА !! ("Автоматични заблуди", 4 серии)

Въпроси и отговори:

Как работи диференциал Torsen? Механизмът усеща момента, в който едно от колелата губи сцепление, поради разликата в въртящия момент, диференциалните предавки се захващат и едното колело става основно.

Как диференциалът на Torsen се различава от конвенционалния диференциал? Конвенционалният диференциал осигурява равномерно разпределение на сцеплението на двете колела. Когато едното колело се подхлъзне, сцеплението на второто изчезва. При подхлъзване Thorsen пренасочва въртящия момент към натоварения полуос.

Къде се използва Torsen? Самоблокиращ се междуколесен диференциал, както и междуосов механизъм, който свързва втората ос. Този диференциал се използва широко в превозните средства с задвижване на всички колела.